电子技术常见问题释疑

1、电子技术常见问题释疑晶体滤波器1、 概述自从一九一七年第一只LC滤波器问世以来，滤波器已经有六十年的历史。 实用中主要有：LC滤波器，晶体滤波器，机械滤波器，陶瓷滤波器，有源滤波 器和数字滤波器。LC滤波器是由电感和电容元件组成的最古老的滤波器。LC滤波器的最大优点是相对频率V%大，组合也比较灵活，能按不同的功能构成低通，高通，带通， 带阻等各种滤波器。缺点是体积大，重量达，Q值不高和选择性不够高。4 机械滤波器：构成机械滤波器的基本元件叫机械振子。振子的Q值可达10之高，温度系数也达1 10 6/C的数量级。缺点是加工精度要求高，电路变换不灵 活。数字滤波器的优点是精度高，缺点是复杂。有源滤

2、波器主要优点是体积小，尤其在低频段。弱点主要有稳定性不高，有 附加杂音和可用的频带上限不高。陶瓷滤波器的基本元件是压电陶瓷谐振体，Q值大概为506000左右。这种滤波器的优点是体积小，重量轻，造价低，相对带宽范围比较大，上限可达 20%下限加电容后可达0.02%。缺点是稳定性和可靠性不够好。晶体滤波器于一九三五年出现，它由压电晶体构成。压电晶体的Q值可高达105以上。因此，做出的滤波器具有异常陡峭的衰减特性，这正是晶体滤波器的突出优点。它的另一优点是稳定性好。晶体的频率温度系数可达1 10 6/C的数4量级，而电感的温度系数一般只有1 10 /C。由于这些优点，晶体滤波器迅速 地在高频和其他要

3、求选择性高的领域取代了 LC滤波器。晶体滤波器的缺点是相 对频宽很小，其上限约为 0.5%左右。其次，晶体的切割制造工艺较复杂，晶体 材料稀有而且价格昂贵。由于这些缺点，晶体滤波器主要用在带宽要求较窄， 过 滤带特性要求陡峭的地方。晶体滤波器经历了石英晶体谐振器组成的分立元件式的晶体滤波器，单片晶 体滤波器及声表面波滤波器几个过程。2、 单片晶体滤波器1 .概述单片晶体滤波器与普通式分立晶体滤波器相比， 有很多优点。如：由于集成 化，其体积小，温度稳定性和机械稳定性好，生产周期短，适合大量生产，成本 低。单片晶体滤波器多半是做成带通式的，也可以做成带阻式的。做成带阻式时， 是将单片晶体滤波器和

4、LC网络组合而成。2 .工作原理单片晶体滤波器是一种能够实现电滤波函数的压电器件。 在压电材料的基片 上，镀上若干对有确定位置和一定形状的电极。通过“正”和“逆”压电效应， 检出机械振动波。如图1所示：图1当一定频率的电信号加到输入谐振器上时， 由于逆压电效应，在输入谐振器 的内部将产生相应频率的厚度振动模。又因晶体片无电极区（ C区和U区）的频 率高于有电极区（S区）的频率，于是在S区和C区（或U区）的边界上将产生 反射，并在S区内形成厚度振动膜的驻波。所以S区的厚度振动膜不能自由地通 过C区传到相邻的谐振器上，而只能在C区内呈指数形式的衰减，这就叫“能陷 效应”。但是，这种在C区逐渐衰减的

5、振动膜，能在相邻谐振器之间进行有限的 耦合，在相邻谐振器内形成厚度振动膜的驻波。 通过这种耦合，振动膜将依次地 被传送到压电基片的输出谐振器上。在输出谐振器上通过正压电效应，将机械振 动波变换成电信号输出。这样，就可以按滤波要求有目的地通过正确的设计， 来 确定每个谐振器的几何尺寸，镀回频率及谐振器之间的距离，来控制机械振动波 在压电基片上的传播，从而达到将电信号进行滤波的目的。集成式晶体滤波器主要用于通讯系统。 在宇航工程中， 单片晶体滤波器是卫星通信中的重要元件。在电话频率划分多路传输系统中，作为信道滤波器使用。此外还可用于导频选择。 在地面， 航海和航空的移动无线电设备中， 尤其是频率范

6、围从5MH冽50MHzI勺中频滤波器，应用非常广泛。3、 声表面滤波器声表面滤波器是利用具有压电效应的晶体制作的。 当在输入端换能器的压电材料电极上输入交流信号后，由于压电效应会产生弹性变形而发出机械波（声波） ，即可把电信号转为声信号。该信号沿着基片表面，以声速传播。声表面滤波器具有频率响应平坦， 矩形系数好， 带外抑制性能好等特点。 它的使用不仅简化了电路结构， 减少了分立元器件， 而且提高了整机参数的一致性和可靠性。声表面滤波器在彩色电视机中应用较多， 如电视图像中频滤波器， 电视伴音滤波器， 电视频道残留边带滤波器等。 目前， 声表面滤波器是有线电视系列中实现邻频传输的关键器件。声表面

7、滤波器的检测方法：用万用表R 10K 挡测量声表面滤波器各引脚之间的正，反向电阻值。正常时，只有与金属外壳相接的引脚之间的电阻为0，其余各引脚之间的电阻值均为无穷大。 若检测结果与此不符， 则说明该声表面滤波器已损坏。41便携式仪器仪表电源的设计在很多的便携式仪器仪表中，经常要遇到使用多种电源，如 +5V和+12V混用的情况， 而便携设备由于空间的要求， 只能有一组电源， 而且只能使用两节电池或三节电池， 因此无法直接满足产品应用的要求。 为此， 我从网上找到了一个单电源变换多种电源输出型式的例子。1 便携式仪表的硬件结构便携式仪表通常是一个由单片机及其外围器件构成的 , 具有多种输入输出形式

8、的单片机系统, 其硬件的一般结构如图 1 所示。将其按照功能模块划分并分析各模块电源需求如下：图1 便携式仪表硬件的一般 结构传感器模块包括传感器及其驱动电路和传感器输出信号处理电路。传感器及其驱动电路通常以模拟电路为主, 输出信号处理一般使用 V/F 转换器件或模数转换器件, 因此传感器模块通常的电压需求为5V 或 5V。人机对话的输入输出模块包括LCD显示和键盘输入驱动电路。LCD显示输出除了需要提供 5V 工作电压外, 一般还需要提供对比度调节电压,LCD显示器有正、负极性之分, 不同的显示器需要的对比度调节电压也不同 , 一般在 28V 之内。单片机及其接口模块作为整个系统的核心, 单

9、片机要连接和管理其他的模块 , 与不同的模块连接, 就会用到不同的接口。例如 , 不少便携式仪表提供微型打印机接口 , 将信息打印出来; 很多便携式仪表上都有非易失存储单元, 即使断电仍能长时间保留历史信息 ; 另一些便携式仪表提供RS 232 串行通信接口 ,可以将保留的数据输出到PC机中，做更高级的分析和处理，或是实时将测量数据传递给上位机, 由上位机处理并完成相应的实时控制功能。这一模块使用到的都是各种 IC 芯片 , 一般来说都要求 3.3V 或5V。从以上的分析可以看出 , 系统中各个模块对电源的要求是不同的 , 电源模块就是要将单一的电池电源转换成能使系统中的各模块正常工作的多种电

10、源输出。 便携式仪表体积虽小 , 却是一个很完整的系统, 在设计便携式仪表的硬件时,首先应尽量使各模块的电源需求一致。 比如传感器模块有 5V 的电压需求, 那么在单片机及其接口器件的选择时，就应尽量选择+ 5V供电的IC芯片。尽管如此，设计时仍不可避免地会遇到两种甚至两种以上的电源需求，这就是电源模块要解决的关键问题，其中主要是解决LCD显示器的对比度调节电 压的输出。设计电源模块时要根据不同的电源输入输出要求选择相应的集成电源 稳压变换器件，在满足电源要求的前提下，使外围电路尽可能的简单，体积尽可能 小。2电源稳压变换器件市场上可供选择的电池规格多种多样，除了较常规的1.2V （或1.2V

11、整 数倍）的锲镉充电电池（电池组）、1.5V和9V的干电池和3.6V的锂电池以外, 还有各种特殊的3、4.5、5、6V和12V的电池可供选择，但从使用者更换或购买 备用电池方便性的角度考虑，应尽可能使用互换性更好的普通电池。完成电源稳压变换可供选择的集成电源器件主要有如下几类： 低压差线 性稳压器件、通用开关型稳压器件、多功能或专用的电源器件、电压基准器件，还有用于确保电源正常供电的各类电源监控管理器件。便携式仪表本身的功耗较小，一般要求的电源输出功率不大，从体积上 考虑,与电路中的其他器件一样选用IC芯片，而不宜选用传统的线性稳压器件； 对于电池供电的系统，由于经过一段时间的放电后，电池电压

12、总会有一定程度的 下降，这时电源模块应仍能保持稳定的输出电压，这就要求电源模块对输入电压的要求不能太苛刻，即允许输入电压在一定范围内变化；一般都要求双电压输出。在各种集成电源器件中，通用开关型集成稳压器彳有较高的电源效率 ， 适应较宽的输入电压范围，容易通过变换，产生多种类型的输出电压，非常适合于 使用电池供电的系统，因此在便携式仪表产品中有着广泛的应用。这类DC/DC专换器件按控制方式不同，可以分为脉冲宽度调制式（PWM 脉冲频率调制式（PFM和开关电容泵式；按输入电压不同可以分为升压式、降压 式和可分别工作于升压和降压两种状态的转换器 ；按输出电压不同可以分为单一 固定/可调电压输出和多路

13、固定/可调电压输出。脉冲宽度调制式（PWM转换器工作于固定的开关频率，其滤波电路的设 计较简单；脉冲频率调制式（PFM转换器在小功率输出时可望获得较低的静态电 流；开关电容泵式转换器的外围电路简单，适用于小输出电流的电源变换1 o从外围电路的复杂程度来看，固定电压输出的比可调电压输出的简单 ， 单一电压输出的比多路电压输出的简单。以下给出一便携式仪表电源模块的设计 实例。3应用实例该便携式仪表要求使用两节 5号干电池，提供-10V的LCD对比度调节 负电压，+5V传感器驱动电路和其他器件电源，输出工作电流为200mA根据这个 单电源输入双电压输出的电源要求，针对不同的系统硬件条件，给出两种不同

14、电 源变换电路的方案。3.1使用双电压输出升压DC/DC变换器MAX167关成MAX167适用于需两种可调电源的便携式仪表。其主要性能为： 允许的输入电压范围为 0.75.5V; 主输出2.55.5V （可调电压输出），或工厂预设值3.3V输出，最 大输出电流可达350mA; 第二/&出可为LCD对比度调节提供+ 2828V范围内的电压； 电源效率可达95%; 16脚QSOP寸装,体积很小，不需要外部场效应管。其他性能还包括： 20仙A静态工作电流；1 pA关断维持电流； 电池欠电压监测2。由于MAX1677俞入电压范围(0.75.5V)较大，可以依据不同系统提供 的安装电池空间和所需的不同电

15、池电压与容量，灵活地选择电池的种类，比如13节普通干电池、碱性电池、锲镉充电电池或1节锂电池均可以使系统正常工作。使用MAX1677勺电源模块实际电路原理图如图 2所示。图2 MAX1677电源变换电路原理图图2中的一些电路参数的说明如下： 磁芯电感L1、L2可选用CoilCraft (线艺)的DO1608C-103fe贴 磁芯电感，电感值为10仙H; 肖特基二极管 D1、D2也可选用其他型号，只要反向耐压大于16V 即可； 电阻R1和R2的比值决定了 LCD对比度输出的电压值 VLCD(对应 图中的VOUT2,关系式为R1=R2 |VLCD|/1.25V,其中R1的取值范围为500kQ 2M

16、Q ; 电阻R3和R4的比值决定了主输出电压值 VOUT(t应图中的VOUT1), 关系式为R3=R4 (VOUT/1.25V) 1,其中R4的取值范围为10200kQ ; 电阻R5和R6的比值决定了系统欠电压监测的门槛电压值 VTRIP, 关系式为 R5=R6 (VTRIP/0.614V) 1,其中 R6 130kQ。当电池电压正常时，电池电压过低输出管脚 LBO(Low-BATTERYOutpUt 输出保持高电平;一旦电池电压低于门槛电压 VTRIP时,LBO管脚输出变为低电 平。如果不使用欠电压监测的话，只需将第3管脚(LBI)接地。使用0805表贴元件，则此电源模块在电路板上实际尺寸只

17、有 22m由17mm此电源模块的应用比较灵活，可以根据实际系统的需要，按照以上关 系式选取相应的电阻值，得到需要的电压输出。3.2使用单电压输出的DC/DC变换器从系统中其它器件上借用辅助电对于电路中还包括 RS-232串行接口的系统来说，还有一种仅使用单输 出DC/DC电压变换器件就能满足上述要求的电源处理方法：选用单电压输出 DC/D3换器彳4到+ 5V输出,使用MAX202gg成RS-232串行接口，借用其内部的 双路电荷泵电压转换器的负电压输出为 LCD提供对比度调节负电压。一般来说， 单一的电池电源输入得到单一的+ 5V输出的DC/DC升压正电压变换器件品种很 多，选择的余地较大，外

18、围电路也更简单一些，这里不作特别说明。以下主要给出 借助MAX202E以至J- 10V电压输出的方法。MAX202JE1+5V供电的双路RS-232驱动器，它的内部还包含了 + 5V及 10V的两个电荷泵电压转换器，其中倍压输出电荷泵使用电容 C1,在输出滤波 电容C3上得到+ 10V输出；倒相电荷泵使用电容C2,在输出滤波电容C4上得到一 10V输出；电压输入的旁路电容为C5;正常的使用中，这5个电容都可以使用普通 的0.1 pF电容，具典型电路连接如图3所示。图3 MAX202ER型电路连接原理图MAX202%许电荷泵产生的土 10V作为电源输出，当借用电荷泵的倍压 输出或倒相输出作电源使

19、用时，只需增大相应的电荷泵电容C1或C 210F以内）, 就可以维持器件的工作性能；若相应的输出滤波电容C3或C4选用更大的电容值 （10F以内），则可减小电源的输出阻抗。使用这种方法也不失为一种简化外 围电路的好办法上述的电路中，我并没有在实际应用中进行过调试，但整体看来功耗并不大，而且在便携设备中所要求的输出功率也不很大，因此基本上应该满足要求。另外，相似的变换电路还有很多。同时也有DC/DC转换器将单一的+5V可以转换 成+/-5V,同时提供出很大的输出电流供大电源设备使用。放大器中的正反馈与负反馈。答：将放大器的输出信号，按一定路径回送到放大器输入端的过程称为反馈。反 馈放大器由基本放

20、大器和反馈网络组成。xi 差。1基本放x器.X4反馈网络L反馈放大器的组成图基本放大器的增益（开环增益）为 A,反馈放大器的增益（闭环增益）为 B,则 B=A/（1+T）,其中T为环路增益，T=X4/X2 F=1+T,为反馈深度。X2X1的反馈称为正反馈。负反馈具有自动调节作用，它是以牺牲 放大器增益为代价的。例如，由于各种原因使A变大，则X3就会变大，那么X4也会增大，致使X2减小，从而抑制X3的增大。这样起到自动调节作用。而正反 馈没有自动调节作用。1、放大器的负反馈的四种类型以及负反馈性质和反馈类型的判别?负反馈的四种类型：电压并联反馈，电流串联反馈，电压串联反馈，电流并 联反馈。电压反

21、馈：在输出端，凡是反馈网络与基本放大器并接， 反馈信号取自负载 上输出电压，称为电压反馈。电流反馈：在输出端，凡是反馈网络与基本放大器用接， 反馈信号取自负载 中电流，称为电流反馈。串联反馈：在输入端，凡是反馈网络与基本放大器用接，实现电压比较的反馈，称为串联反馈。并联反馈：在输入端,凡是反馈网络与基本放大器并接,实现电流比较的反馈，称为并联反馈放大器负反馈性质和反馈类的型判别: 首先，从实际电路中找出将输出信号回送到输入端的反馈元件从反馈元件在放大器输入和输出端的连接方式来判别反馈类型（ 电流反馈、电压反馈、串联反馈、并联反馈） 。确定有输入端信号经放大器和反馈元件后产生的反馈电压极性或反馈

22、电流流向， 并将它与输入信号比较， 看其是否削落加到放大器输入端的净信号来判别反馈的性质。凡是削落净输入信号的为负反馈，增强将输入信号的为正反馈。3、滤波电路的功能是什么？什么是有源滤波电路和无源滤波电路？答： 滤波电路的功能是使特定频率范围内的信号顺利通过， 而阻止其他频率信号通过，也就是说对于信号的频率具有选择性。若滤波电路仅有无源元件（ 工作时不需要外加电源的叫有无源器件，例如电阻、电容、电感） 组成，则称为无源滤波电路。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（ 工作时需要外加电源的叫有源器件，例如双极型管、单极型管、集成运放） 组成，则称为有源滤波电路。按照滤波电路的工作频带，可分为低

23、通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、全通滤波器。什么是电流传输器（Current Conveyer ） ?简要介绍它的分类及工作原理。答：1968年，加拿大学者K.C.Smith和A.Sedra提出了一个新的模拟标准器件 电流传输器（Current Conveyer ,简称CC。电流传输器是四端（或五端） 集成器件，它是最早被提出来的电流模式万用功能块。电流传输器是一种功能很强的标准部件，将电流传输器与其它电子元件组合可以十分方便地构成各种特定 的电路结构，实现多种模拟电路处理功能，在这一点上电流传输器与通用电压模 式运算放大器使相似的。电流传输器主要有第一代电流传输器和第二代电流传输 器,分别

24、简称为CCI和CCH,其框图如图1所示。Z匕x图1.电流传输器的框图CCI型电流传输器的输出一输入关系为i y0 1 0 VyVx1 0 0 ixiz 010Vz其工作过程为：若电压vy加在Y俞入端，则在X俞入端将出现相等的电压，X端电 压跟随Y端电压变化，表现为vx=vy ;若有一输入电流ix流进X俞入端，则在Y俞入 端将产生等量的流进的电流iy,流进恸的电流KM随流进X端的电流变化，表现为 iy=ix ; Z端电流等于X端电流，表现为X端电流被等量地传送到Z输出端，极性由 电路设计可以选择，即iz=ix。CCII型电流传输器的输出一输入关系表示为i y0 0 0 vyvx1 0 0 ixi

25、z 010Vz其工作过程为：若电压vy加在Y俞入端，则在X俞入端将出现相等的电压，X端电 压跟随Y端电压变化，表现为vx=vy; Y俞入端流进的电流iy若恒等于零，与X端输 入电流ix无关；Z端电流等于X端电流，表现为X端电流被等量地传送到Z输出端， 极性由电路设计可以选择，即iz=ix。1.如何快速判断负反馈的反馈组态？答：（1）判断电压反馈与电流反馈：若负载电阻直接接地，则反馈为电压反馈；若负载电阻不接地或间接接地，则反馈为电流反馈。如图2所示，负载电阻Rl接地，故反馈为电压反馈；如图 3所示，Rl没有直接接地而是通过电阻R接地，故反馈为电流反馈。（2）判断串联反馈与并联反馈：若反馈网络输

26、出端接地后反馈到输入端，则反馈为串联反馈；若反馈网络输出端不接地直接反馈到输入端，则反馈为并联反馈。 如图2所示，反馈网络输出端接地后反馈到输入端， 故为串联反馈；如图3所示, 反馈网络输出端不接地而直接反馈到输入端，故为并联反馈。图33.数字和模拟电路应当如何接地？答：接地应遵循以下原则：(1)若为低频模拟电路，加粗和缩短地线；单点接地，可有效防止由于地线公 共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。 而高频电路和数字电路，地线的电感效应 较严重，单点接地会导致实际地线加长，故应多点接地和单点接地相结合。(2)高频电路还应考虑如何抑制高频辐射噪声。方法如下：应尽量加粗地线，以降低噪声对地阻抗；大面积

27、(满)接地，即除传输信号及电源的印制线以外， 其余部分全覆铜作为地线，但不要留有死的无用大面积铜箔。(3)地线应构成环路，以防止产生高频辐射噪声，但环路面积不可过大，以免 产生较大的感应电流。注意若为低频电路，则应避免地线环路。(4)数字电源和模拟电源最好隔离，地线分开布置，如果有 A/D转换电路，则只在尽量靠近该器件处单点接地。1 .总线在计算机电路中应用十分广泛，总线与一般电路中导线有何不同，并说 明它与各个功能器件是如何连接的。答：一个电路总是由元器件通过电线连接而成的， 在模拟电路中，连线并不 成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但 计算机电路是以微处理

28、器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工 作必须相互协调，所以需要很多连线。如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器 和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的 概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上， 即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据， 一个为0, 一个为1,那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许 的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发 送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件 所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部

29、或者外部存储器及其它器件中有存 储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的 形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被 称为地址总线。各个功能部件是通过三态门挂在总线上的， 在三态门技术发明之后，计算机 总线才出现。上图为三态门输出门电路的原理图。 在图中，如果将虚线方框内的两个反相器和一个二极管剪掉，剩下的部分就是典型的TTL与非门电路。所谓三态是指输出端而言。普通的TTL与非门具输出极的两个晶体管 T4、T5始终保持一个导通，另一个截止的推拉状态。T4导通，T5截止，输出高电平Y=1;T4截止，T5导通，输出低电平，Y=0b三态门除了

30、上述两种状态外，又出现了丁4、T5 同时截止的第三种状态。因为晶体管截止时c、 e 之间是无穷大阻抗，输出端Y 对地、对电源（Vcc ）阻抗无穷大。因此这第三种状态也称高阻状态。现对三种状态进行分析：控制信号在En处加入：En= 0,则 C=0, Vbi=0.9V, VC2=0.9VVb4= M2=0.9V, T4 截止（丁4 导通的电位 Vb41.4V）Vbi=0.9V, T5截止，输出端Y为高阻状态。En= 1, C=1,对与非门另两个A、B输入端无影响，为正常的与非门电路。当A= B= 1,则丁2、T5导通，W=1.0V （前已分析）。二极管D处于反相截 止状态（因为其阳极电压 Vc2=

31、1.0V,小于阴极C点电位Vh=3.4V）,在电路中不 起作用。若A B中有一个为0,则丁2、T5截止，由于 W= Vh + 0.7=4.1V,足够保证 T4导通。即当En= 1,二极管D在电路中不起作用，电路保持完整的与非门逻辑 功能。2什么是上拉电阻, 什么是下拉电阻？它们有什么作用？答：上拉电阻和下拉电阻可以简单理解为：1） 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平， 电阻同时起限流 作用。同理，下拉电阻是把不确定的信号钳位在低电平。2） 上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流。3） 弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。4） 对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电

32、路）提升电流和电压的能力是有限的， 上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流 通道。如下图的两个Bias Resaitor 电阻就是上拉电阻和下拉电阻。图中，上部的一个 Bias Resaitor 电阻因为是接地，因而叫做下拉电阻，意思是将电路节点 A 的电平向低方向 （地） 拉； 图中下部的一个Bias Resaitor 电阻因为连接电源 （正） ，因而叫做上拉电阻，意思是将电路节点 A 的电平向高方向（电源正）拉。当然，许多电路中上拉下拉电阻中间的那个12k 电阻是没有的或者看不到的。许多电路只有一个上拉或下拉电阻，而且实际应用中，还是上拉电阻的为多。图2上拉电阻和下拉电阻示意图

33、上拉电阻和下拉电阻的作用：1）. 一般作单键触发使用。如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在 不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在 IC外部另接一拉电阻。2）,数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态。有些应用场合不 希望出现高阻状态，可以通过使用上拉电阻或下拉电阻在电路驱动器关闭时给线 路（节点）以一个固定的电平，使处于稳定状态，具体视设计要求而定。具体应用在R* 485总线中，它们的主要作用就是在线路所有驱动器都释放 总线时让所有节点的A B端电压在200mVE 200mVW上（不考虑极性）。不然, 如果接收器输入端A和B间的电平低于 200mV（绝对值小于200mV）接收

34、器输 出的逻辑电平将被当作所传输数据的末位而被接收起来，这样是极容易产生通讯错误的。3） . 一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置， 有的是需要外接，I/O端口的输出类似与一个三极管的 C,当C接通过一个电阻 和电源连接在一起的时候，该电阻成为上拉电阻，也就是说，如果该端口正常时 为高电平；C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻，使该 端口平时为低电平。其实际运用如：当一个接有上拉电阻的端口设为输入状态时， 他的常态就为高电平，用于检测低电平的输入。4） .在总线驱动能力不足时使用上拉电阻来提供电流，一般说法是拉电流。 下拉电阻则是用来吸收电流的。3.

35、在节点与+5V电源之间接个10k的上拉电阻把这个节点的点位拉上来，电源 通过这个10k的电阻肯定会降压的，这样一来，节点的电位也降低了。如果要想 把电位提上来，为什么不直接接电源，而要使用上拉电阻？答： 如果单纯的想要使这点成为高电平， 并且输出阻抗非常大的话， 直接接电源也无妨， 但是如果单片机要使这个节点拉低， 即单片机内部使节点接地， 这 样 5V 电源就和地短接了。而在实际中，往往这个节点要求应用单片机或者其他控制器件来控制它为高或低电平 （即这个节点与I/O 口连接） 。 比如， 在 51 端口（ P1、 P2、 P3） 某位所谓 I/O 口内部与电源相连的上拉电阻不是一常规线性电阻

36、，实质上，该电阻是由两个场效应管并联在一起： 一个FET为负载管，其阻值固定； 另一个FET可工作在导通或截止两种状态，使其总电阻值变化近似为0或阻值较 大（20千欧-40千欧）两种情况。当和端口锁存器相连的FET由导通至截止时， 该阻值近似为0,可将引脚快速上拉至高电平；当和锁存器相连的 FET由截止至 导通时，该电阻呈现较大阻值，限制了和端口锁存器相连的FET的导通电流。另外， 当要求这个节点为高电平的时候， 该节点和地之间的阻抗一般是非常大的，比如 100K 的阻抗，而上拉一个10K 的电阻的话，这个点的电压为5/（100+10）*100=4.545V ，这样也可以上高电平。而当要求这个

37、节点为低电平的时候只要把它和地连就可以了， 电源和地之间有一个10K 的负载， 不会出现短接。10k 的电阻还有用来限流的作用。在一个电路中会有很多的地方要有上拉电阻，有电阻存在就不会互相干扰。 至于节点的电位是不会降低的， 因为要接上拉电阻的节点都是恒流源，其内阻很大加上10k 的负载几乎没有影响。1、FPGAfe路中毛刺是如何产生的？如何消除FPGAfe路中的毛刺？答：信号在FPG端件中通过逻辑单元连线时，一定存在延时。延时的大小不仅和连线的长短和逻辑单元的数目有关， 而且也和器件的制造工艺、 工作环境等有关。因此，信号在器件中传输的时候，所需要的时间是不能精确估计的，当多路信号同时发生跳

38、变的瞬间，就产生了“竞争冒险” 。这时，往往会出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号就是“毛刺”。另外，由于FPGA以及其它的CPLD器件内部的分布电容和电感对电路中的毛刺基本没有什么过滤作用， 因此这些毛刺信号就会被“保留”并传递到后一级，从而使得毛刺问题更加突出。可见，即使是在最简单的逻辑运算中， 如果出现多路信号同时跳变的情况， 在通过内部走线之后， 就一定会产生毛刺。 而现在使用在数字电路设计以及数字信号处理中的信号往往是由时钟控制的， 多数据输入的复杂运算系统， 甚至每个数据都由相当多的位数组成。 这时， 每一级的毛刺都会对结果有严重的影响， 如果是多级的设计，那么毛刺累加后甚至会影

39、响整个设计的可靠性和精确性消除毛刺的方法：（1） 输出加 D 触发器：这是一种比较传统的去除毛刺的方法。原理就是用一个D触发器去读带毛刺的信号，利用D触发器对输入信号的毛刺不敏感的特点，去除信号中的毛刺。这种方法在简单的逻辑电路中是常见的一种方法，尤其是对信号中发生在非时钟跳变沿的毛刺信号去除效果非常的明显。（2） 时钟信号的灵活使用：和上述方法的原理相似，灵活使用时钟信号的目的也是尽可能的消除竞争冒险。比如在时钟的第一个跳变沿触发模块a,下一个跳变沿控制触发模块b,这样时钟的交替控制也在一定程度上消除了竞争冒险，从而抑制了毛刺信号。还比如分别使用时钟的上升沿或者下降沿控制不同的模块。但是这些

40、方法不适合使用在比较复杂的设计中，否则会使设计的条理非常的混乱，给以后的阅读修改带来很大的困难。因此，在选用这种方法的时候一定要慎重。（3） 状态机控制：对于大型的数字电路设计，状态机是一种非常理想的选择，能使运行性能和硬件资源的占用达到最佳的优化，另外灵活的使用状态机也可以实现信号的同步和消除毛刺的目的。 在数据传递比较复杂的多模块系统中，由状态机在特定的时刻分别发出控制特定模块的时钟信号或者模块使能信号，状态机的循环控制就可以使得整个系统协调运作，同时减少毛刺信号。那么只要我们在状态机的触发时间上加以处理，从而抑制毛刺的产生.2、单片电压比较器和运算放大器各有何特点？电压比较器的答： 单片

41、电压比较器实质上是一个高增益的宽频带放大器， 它和运算放大器一样，也是两个输入端，一个输出端。但它和运算放大器也有重要区别。首先响应速度快，即输入电平的变化能迅速在输出端得到反映。其一是因为比较器工作于大信号， 不加负反馈， 所以就不存在反馈过深， 负反馈因环路内附加相移变为正反馈而产生自激的问题，电路中也就无须防止自激的电容补偿元件， 放大器的开环通频带可以做得较宽。 其二是比较器的灵敏度受放大器飘逸电压的限制， 增益过高失去意义， 因而用于比较器的放大器， 其增益比运算放大器的低，根据放大器增益高，则频带窄的原理，降低放大器的增益，可以换取响应速度的提高其次，作为模拟电路与数字电路接口用的

42、比较器，通常将其输出端电压设计得和数字集成电路的高低电平相匹配再者，有些集电极开路结构的比较器，在使用时必须从直流供电电源的正极接一个上拉电阻值比较器的输出端，才能使输出管的集电极获得正确的直流偏置， 这类比较器可以并联运用。 在并联运用时， 其输出电平的特点是只有参与并联的所有比较器单独输出均为高电平时， 并联后的输出才是高电平。 部分比较器还有选通端，其功能是比较器的输出电平的变换与否，不但受输入信号的影响，还要受选通端电平的控制。电压比较器分为单限比较器, 滞回比较器, 窗口比较器在单限比较器中 , 输入电压在阈值电压附近的任何微小变化 , 都将引起输出电压的跃变, 不管这种微小变化是来

43、源于输入信号还是外部干扰. 因此 , 虽然单限比较器很灵敏, 但是抗干扰能力差，会产生“振铃”现象。滞回比较器具有滞回特性 , 即具有惯性, 可以消除“振铃”现象。因而也就具有一定的抗干扰能力。单限比较器和滞回比较器在输入电压单一方向变化时，输出电压只跃变一次， 因而不能检测出输入电压是否在两个给定电压之间， 而窗口比较器具有这一 功能。3、常用的信号转换电路有哪些种类？答：常用的信号转换电路有采样/保持（S/H）电路、电压比较电路、V/f （电压/ 频率）转换器、 f/V （频率 / 电压）转换器、 V/I （电压 / 电流）转换器、 I/V （电 流/电压）转换器、A/D （模/数）转换器

44、、D/A （数/模）转换器等。采样 / 保持（ S/H） 电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号， 根据需要保持并输出采集的电压数值的功能。 这种电路多用于快速数据采集系统以及一切需要对输入信号瞬时采样和存储的场合， 如自动补偿直流放大器的失调和漂移、 模拟信号的延迟、瞬态变量的测量及模数转换等。模拟电压比较电路是用来鉴别和比较两个模拟输入电压大小的电路。 比较器的输出反映两个输入量之间相对大小的关系。 比较器的输入量是模拟量， 输出量是数字量， 所以它兼有模拟电路和数字电路的某些属性， 是模拟电路和数字电路之间联系的桥梁 ，是重要的接口电路。可用作鉴零器、整形电路，其中窗口比较电路的用途很广，如

45、在产品的自动分选、质量鉴别等场合均用到它。V/f （电压 /频率） 转换器能把输入信号电压转换成相应的频率信号， 广泛地应用于调频、调相、模/ 数转换器、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中。 f/V （电压 / 频率） 转换器把频率变化信号线性地转换成电压变化信号。广泛地应用于调频、调相信号的解调等。V/I （电压 / 电流）转换器的作用是将电压转换为电流信号。例如，在远距离监控系统中， 必须把监控电压信号转换成电流信号进行传输，以减少传输导线阻抗对信号的影响。 I/V （电流 / 电压） 转换器进行电流、 电压信号间的转换。 例如，对电流进行数字测量时， 首先需将电流转换成电压，

46、 然后再由数字电压表进行测量。在用光电池、光电阻作检测元件时，由于它们的输出电阻很高，因此可把他们看作电流源， 通常情况下其电流的数值极小， 所以是一种微电流的测量。 随着激光、 光纤技术在精密测量仪器中的普及应用， 微电流放大器越来越占有重要的位置。在以微型计算机为核心组成的数据采集及控制系统中， 必须将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，为此要使用模/ 数转换器（简称A/D 转换器或ADC） 。相反， 经计算机处理后的信号常需反馈给模拟执行机构如执行电动机等， 因此还需要数/模转换器（简称D/A转换器或DAC将数字量转换成相应的模拟信号。问题1: 16MHZI勺正弦信号经过三级放大器，第一

47、级为同相放大，后两级为反相 放大，三级输出为大幅方波，原因是什么？答： 初步分析可能有两种原因， 一是同相放大的两个输入端阻抗不匹配， 导致共模电压加大， 使最终波形失真； 二是因为放大的倍数过大， 导致放大器的带宽减小，引起波形失真。原有电路三级放大均为 10 倍，由于用三级反向放大采用这种10X 10X10的放大倍数输出波形正常，所以问题应该不在后两级上，将第一级同向放大改为放大五倍，用信号发生器发出16MHZI勺正弦信号，检查输出结果，已经有些趋于正常， 但波形不光滑， 估计是共模电压引起的， 为了解决这一问题，需要使用精密电阻，现在还没有条件实验。以上是我的估计，请老师指正。实验所用放

48、大器件是AD8041和AD825 问题 2：改进放大电路方案答：由于第一级改为同向放大的方法目前还存在问题，要解决共模电压的干扰，而已调成功的反向放大又有输入阻抗过小的缺点。上节课老师讲了仪表放大器，回来查了些资料，发现仪表放大器的主要优点是抑制共模信号，放大差模信号，它在电路结构上与之前选用的运算放大器的最大区别是， 仪表放大器的闭环增益控制与信号输入相互隔离， 这种结构保证了仪表放大器在放大输入端差分信号的同时，有效的抑制了输入端的共模信号（如直流电压、噪声等） ，而运算放大器在放大信号的同时，将电路中的任何直流电压、噪声或其它共模信号都放大了。因此， 仪表放大器非常适合用于提取微弱信号。

49、 但是， 仪器放大器有个显著的缺点，它的带宽较小，以AD620为伤1倍增益时的小信号带宽为500kHz4MHz 所以若要放大的信号频率很高，则不益采用仪表放大器。另一种考虑是使用与仪表放大器结构相近的差分放大器， 如 AD8129。 AD8129 的带宽较宽，10倍增益时的小信号带宽为270MHz满足高频信号要求。同时， 由于闭环增益与输入的隔离，可获得很好的共模抑制比，10MHz寸的共模抑制比为 70dB。问题3:用AD8129!行级联放大的组成方法答： 采用差分放大的另一个问题是如何产生输入的差分信号， 因为一般的信号都是单端的，如实验中用的信号发生器，一端是信号，一端是地。为了解决这个问

50、题，可以采用单端到差分的转换器，如 AD8138将信号转换为差分信号，再进行放大。 但随之而来的是电路变得复杂， 还要加入转换芯片及其外围电路， 还会 引入多余的噪声。我想是否可用信号发生器的两端分别作为差分放大器的正、 负输入端， 这样就避免了转换芯片的使用。有一点顾虑是因为信号发生器的正负端是设定好的，所以它们所带来的噪声是不同的， 可能会对电路产生意想不到的影响， 具体是什么影响暂时还无法估计。 但对于能产生微弱信号的传感器， 如果只是要求它们两端的电压， 而对极性没有要求的话， 这两端的噪声则可认为是同一性质的， 则应该可以这样接，影响不会很大。由于器件问题，现在只能是理论分析，请老师

51、指正。一 . 电路设计中的干扰问题：在电子系统设计中通常要考虑电路的抗干扰能力，干扰主要由以下三个方面形成：1）干扰源：指产生干扰的元件、设备或信号。2）传播路径：指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。3）敏感器件：指容易被干扰的对象。如：A/D、 D/A 变换器，单片机，数字IC ， 弱信号放大器等。为了更好地实现电路的性能， 必须注意电路的抗干扰设计， 依据干扰形成的三个基本方面， 抗干扰设计应该从以下几个方面入手： 抑制干扰源， 切断干扰传播路径，提高敏感器的抗干扰性能。a. 抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的 du/dt ，

52、 di/dt 。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则。 减小干扰源的 du/dt 主要是通过在干扰源两端并联电容来实现，减小干扰源的 di/dt 则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下：（ 1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后， 增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几 K到几十K,电容选0.01uF）,减小电火花影响。（ 3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。（4）电路板上每个IC要并接

53、一个0.01 nF0.1 nF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。（ 5）布线时避免90 度折线，减少高频噪声发射。（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声。b. 切断干扰传播路径按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。 高频干扰噪声和有用信号的频带不同， 可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播， 有时也可加隔离光耦来解决。 电源噪声的危害最大， 要特别注意处理。 辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。 一般的解

54、决方法是增大干扰源与敏感器件的距离， 用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。c. 提高敏感器的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：（ 1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。（ 2）布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。（ 3）对于单片机闲置的I/O 口，不要悬空，要接地或接电源。其它 IC 的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。 4） 4） 在速度能满足要求的前提下， 尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。 5） IC器件尽量直接

55、焊在电路板上，少用IC座。总上，在实际电路设计中，应根据具体情况分析形成干扰的三个因素，从而 采取适当的措施来减小干扰。2 .什么是锁项环（PLL） ?锁相环是一种反馈电路，其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位 同步。PLL通过比较外部信号的相位和由压控晶振的相位来实现同步的，在比较 的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步。在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术，因为通过锁相环， 可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟。因此，所有板卡上各自的本地80MH环口 20MHz寸基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的。因为每

56、块 板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。3 .什么是频率补偿，如何实现？使反馈系统稳定的主要方法是频率补偿.频率补偿是采用一定的手段改变集 成运放的频率响应，使/二，时，201J应姬卜嵬或者当吐附加相移平诣心.九 I， ，c1r，从而破坏可能产生自激振荡的条件，使电路稳定工作.频率补偿目的就是减小时钟和相位差，使输入输出频率同步.频率补偿的根本思想就是在基本电路或反馈网络中添加一些元件来改变反馈放大电路的开环 频率特性（主要是把高频时最小极点频率与其相近的极点频率的间距拉大），破坏 自激振荡条件，经保证闭环稳定工作，并满足要求的稳定裕度，实际工作中常采用 的方法是在基本放大器中接入由电容或 RC元件组成的补偿电路，来消去自激振 荡.问题一：运算放大器的噪声的介绍？答：噪声来自于运算放大器及其电路中元器件本身产生的噪声与外界干扰。干扰源到处都存在：机械、靠近电源线、射频发送器与接收器、计算机及同一设备的内部电路（ 例如，数字电路或开关电源） 。即使所有的干扰都被消除， 也仍然存在与运算放大器及其阻性电路有关的随机